Sviluppo di un dispositivo per test in vitro di strutture tubolari biologiche realizzato tramite stampa 3D

There is an increasing need to investigate and reproduce biological systems in vitro. The population is aging and the number of treatments and transplants required is growing. In addition, the pandemic, caused by Sars Cov-2, has shown how early testing and in vitro evaluations are important to do this faster and to get reliable data. Tissue engineering is the discipline that addresses this. Specifically, to survive outside an organism, every biological tissue needs an environment rich of nutrients and stimuli. For this reason, the development of bioreactors is very important for this purpose. The aim of this study is to realize, using 3D printing techniques, a culture chamber to allow perfusion to tubular biological systems and ensure the insertion of a stent through the use of a catheter. To achieve the goal, a study of the scientific literature was necessary to investigate the various tubular systems in human body, specially tracheas, arteries and veins. The choice is related to the fact that cardiovascular problems are the first reason of death in developed countries, while it was observed that the airways are the first to be compromised by the Sars Cov-2 virus , which has affected and is still affecting the lives of the world’s population . After the design of the components on the program SolidWorks, the work continued with physical fabrication using the 3D Kentstrapper Verve printer and, then, using Formlabs Form 3B print. CAD models and printing parameters are shown in the study. After the assembly of the culture chamber, the work continued with hydraulic seal tests, sterilization tests and verification of the maintenance of sterility with the necessary precautions. Finally, possible improvements are reported that would allow the culture chamber to cover a large number of requirements of an ideal bioreactor.

L’esigenza di approfondire e riprodurre in vitro sistemi biologici è sempre più necessario. La popolazione invecchia e il numero di trattamenti e trapianti richiesti è in crescita. Inoltre la pandemia a causa del Sars Cov-2 ha evidenziato come, test preliminari e valutazioni in vitro diventino necessarie per accelerare le tempistiche e ottenere dati attendibili. La disciplina che si occupa di questo è l’ Ingegneria dei tessuti. In particolare ogni tessuto biologico per sopravvivere all’esterno di un organismo necessita di un ambiente ricco di nutrienti e stimoli. Per questo lo sviluppo di bioreattori risulta fondamentale a tale scopo. In questo studio si è posto l’obiettivo di realizzare, attraverso tecniche di stampa 3D, una camera di coltura che garantisse perfusione a sistemi biologici tubolari e assicurasse la possibilità di procedere con l’inserimento di uno stent attraverso l’utilizzo di un catetere. Per il raggiungimento di questo obiettivo si è reso necessario uno studio della letteratura scientifica per approfondire i vari sistemi tubolari presenti nel corpo umano, in particolare trachea, arterie e vene. La scelta è legata al fatto che i problemi cardiocircolatori sono la prima causa di morte nei paese sviluppati, mentre si è osservato che le vie respiratorie sono le prime ad essere compromesse dal virus Sars Cov-2 che ha interessato e sta tuttora condizionando la vita della popolazione mondiale. Dopo la realizzazione delle componenti su programma SolidWorks si è proceduto con la realizzazione fisica attraverso l’utilizzo di stampante 3D Kentstrapper Verve e, successivamente, con l’impiego della stampante Formlabs Form 3B. Nello studio si riportano i modelli CAD e i parametri di stampa impostati. In seguito all’assemblaggio della camera di coltura si è proceduto con test di tenuta idraulica, prove di sterilizzazione e verifica di mantenimento della sterilità con i dovuti accorgimenti. Si riportano infine possibili migliorie che consentirebbero alla camera di coltura di ricoprire un maggiore numero di requisiti di un bioreattore ideale.